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1、(10)授权公告号 CN 201770704 U (45)授权公告日 2011.03.23 CN 201770704 U *CN201770704U* (21)申请号 201020033134.0 (22)申请日 2010.01.15 C12M 1/40(2006.01) C12M 1/38(2006.01) (73)专利权人 复旦大学 地址 200433 上海市邯郸路 220 号 (72)发明人 隋国栋 刘超 刘思秀 张金玲 赵望 (74)专利代理机构 上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人 包兆宜 (54) 实用新型名称 一种用于 PCR 的微流控芯片 (57) 摘要 本实用新型属生。
2、物医学领域， 涉及一种可用 于 PCR 的微流控芯片。该芯片包括留有用于入射 和出射液体的过孔的用软光刻方法实现的具有微 流路结构的微流路单元的基片和刻蚀有三个加热 带和两个隔热带的 ITO 导电玻璃， 每个加热带的 侧面留有与外部温控仪相连的引脚， 嵌在基片的 微槽内的温度传感器与引脚相连。本实用新型克 服了常规 PCR 扩增仪存在缺点， 采用具有光学透 明的 PDMS 和 ITO 导电玻璃， 制作了温度可控全透 明PDMS微流控芯片。 本实用新型能够大大提高反 应速度， 仅需十几分钟实现快速 PCR 反应， 此外也 可通过注射泵改变流速也扩大了样品容量的选择 范围。 (51)Int.Cl.。
3、 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 CN 201770706 U1/1 页 2 1. 一种用于 PCR 的微流控芯片， 其特征在于， 其由与外部注射泵相连的过孔 (1)、 微流 控单元 (3) 和与外部温控仪相连的 ITO 导电玻璃 (7) 组成 ； 该芯片留有用于入射和出射液 体的过孔 (1) 的用软光刻方法实现的具有微流路结构 (2) 的微流路单元 (3) 的基片 (4) 和 刻蚀有三个加热带(5)和两个隔热带(6)的ITO导电玻璃(7)， 每个加热带(5)的侧面留有 与外部温控仪相连的引脚 (8)， 嵌在基片 (。
4、4) 的微槽 (9) 内的温度传感器 (10) 与引脚 (8) 相连。 2. 根据权利要求 1 所述的用于 PCR 的微流控芯片， 其特征在于 ： 所述的温度传感器 (10) 嵌在基片 (4) 的微槽 (9) 内。 3.根据权利要求1所述的用于PCR的微流控芯片， 其特征在于 ： 所述的三个加热带(5) 用于 PCR 热循环， 通过在 ITO 导电玻璃 (7) 图形刻蚀实现。 4.根据权利要求1所述的用于PCR的微流控芯片， 其特征在于 ： 所述的微流路单元(3) 的基片由 PDMS 制作 ； 所述的全透明的微流路单元 (3) 的基片与全透明的导电 ITO 玻璃 (7) 通过热键合实现全透明 。
5、PCR 微流控芯片。 5.根据权利要求1所述的用于PCR的微流控芯片， 其特征在于 ： 在ITO导电玻璃(7)上 的每个加热带 (5) 上通过引脚 (8) 与外部温控仪进行加热。 6. 根据权利要求 1 所述的用于 PCR 的微流控芯片， 其特征在于 ： 所述微流控芯片的材 料选自硅、 石英、 玻璃或塑料。 7. 根据权利要求 6 所述的用于 PCR 的微流控芯片， 其特征在于 ： 所述微流控芯片的材 料选自聚甲基丙烯酸甲酯、 聚碳酸酯或聚二甲基硅氧烷。 8. 根据权利要求 1 所述的用于 PCR 的微流控芯片， 其特征在于 ： 所述芯片通道内表面 修饰或未修饰。 9.根据权利要求1所述的用于。
6、PCR的微流控芯片， 其特征在于 ： 所述微流路结构(2)采 用逶迤形连续流式 PCR 芯片构型。 权 利 要 求 书 CN 201770704 U CN 201770706 U1/3 页 3 一种用于 PCR 的微流控芯片 技术领域 0001 本实用新型属于生物医学领域， 涉及微流控芯片系统结构设计， 具体涉及一种可 用于 PCR 的微流控芯片。本实用新型主要应用于科研、 临床诊断、 免疫学和动、 植物学等多 个领域。 背景技术 0002 聚合酶链式反应(polymerase chain reaction， PCR)因其展现了前所未有的灵敏 度和特异性， 受到人们的高度重视， 已成为基因研究。
7、的关键技术， 广泛应用于生物科学各个 领域1， 2。 现有技术公开了PCR是一种对指定基因片段实现扩增的方法， 其基本原理是依 据体内细胞分裂中的DNA半保留复制机理， 通过控制体外合成系统的温度， 促使双链DNA解 链成为单链 DNA。单链 DNA 与人工制定的引物复性， 随后在一定 dNTP 浓度下， 耐高温的 DNA 聚合酶根据引物位置沿单链模版延伸成为双链DNA。 高温变性、 低温复性和适温延伸三步反 应循环进行， 使目的 DNA 得以迅速扩增。 0003 在PCR扩增设备的制作中， 对于温度的控制至关重要。 PCR热循环仪是目前被广泛 使用的 PCR 扩增仪。其工作方式为， 在微机控。
8、制的温度循环其中置入扩增混合物的反应容 器， 加入模板或试样 DNA， 进行 20-30 次温度循环， 即可完成扩增过程。 0004 常规 PCR 扩增仪， 存在着热容大、 加热速度和冷却速度慢、 样品 耗用高等缺点。通 常完成一个扩增循环通常需要几到几十分钟， 因此对于 24 个循环的扩增过程需要花费数 个小时， 而且对于反应物的需求量大。 于是随着PCR技术的广泛应用以及MEMS技术、 微流控 芯片技术的发展， 微缩 PCR 芯片的研制得到了越来越多的关注和发展。微缩 PCR 芯片具有 很多优点例如能降低热容量、 缩短扩增和分析时间、 提高分析速度、 对于样品的消耗量小、 以及低廉的造价和。
9、可抛弃性。 发明内容 0005 本实用新型的目的是针对现有技术常规 PCR 扩增仪之不足， 提供一种用于 PCR 的 微流控芯片。本实用新型设计了一种连续流式的 PCR 微流控芯片的应用封装结构， 能实现 快速的热循环， 简化实验装置， 提高扩增速度和扩增效率。 0006 本实用新型采用具有光学透明的PDMS和ITO导电玻璃， 设计制作了温度可控全透 明 PDMS 微流控芯片。使样品流经三个不同地方恒定温度的温区。这种方式能够大大提高 反应速度， 仅需十几分钟实现快速 PCR 反应， 此外也可通过注射泵改变流速也扩大了样品 容量的选择范围。 0007 具体而言， 本实用新型提供了一种可用于 P。
10、CR 的微流控芯片， 其特征在于， 其由与 外部注射泵相连的过孔 (1)、 微流控单元 (3) 和与外部温控仪相连的 ITO 导电玻璃 (7) 组 成 ； 该芯片留有用于入射和出射液体的过孔 (1) 的用软光刻方法实现的具有微流路结构 (2) 的微流路单元 (3) 的基片 (4) 和刻蚀有三个加热带 (5) 和两个隔热带 (6) 的 ITO 导电 玻璃 (7)， 每个加热带 (5) 的侧面留有与外部温控仪相连的引脚 (8)， 嵌在基 片 (4) 的微槽 说 明 书 CN 201770704 U CN 201770706 U2/3 页 4 (9) 内的温度传感器 (10) 与引脚 (8) 相连。。
11、 0008 本实用新型所述的温度传感器 (10) 嵌在基片 (4) 的微槽 (9) 内。 0009 本实用新型中， 所述的用于PCR热循环的三个加热带(5)通过在ITO导电玻璃(7) 图形刻蚀实现。 0010 本实用新型中， 所述的具有所述的有微流路单元 (3) 的基片与导电 ITO 玻璃 (7) 通过热键合实现全透明 PCR 微流控芯片。 0011 本实用新型中， 所述的在 ITO 导电玻璃 (7) 上的每个加热带 (5) 上通过引脚 (8) 与外部温控仪进行加热。 0012 本实用新型中， 所述微流控芯片的材料可以为硅、 石英、 玻璃、 塑料， 如聚甲基丙烯 酸甲酯 (PMMA)、 聚碳酸。
12、酯 (PC)、 硅胶如聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 等， 芯片通道内表面可以是 修饰或未修饰的。 0013 本实用新型中， 微流路结构 (2) 采用逶迤形连续流式 PCR 芯片构型。 0014 本实用新型用于 PCR 的微流控芯片的工作过程为 ： 通过外部温控仪将温控单元上 的三个加热带 (5) 分别设定为 PCR 反应所需的三个不同的温度， 从而使得其所接触的微流 路部分分别处于不同的温区。通过外部注射泵将 PCR 反应物通过由过孔 (1) 固定的毛细管 (11) 注入到微流路单元 (3)， 并在注射泵的驱动下在微流路结构 (11) 中流动， 随着 PCR 反 应物在微流路单元 (3) 内流。
13、动而相应经过了不同的温区， 实现了温度循环， 完成了 PCR 扩 增。 0015 本实用新型简化了 PCR 反应装置， 只需将该结构与外部温控仪相 连， 并与注射泵 相连， 即可进行PCR反应。 并可实现三个温区见的相互独立以及每一温区内部的分布均匀。 0016 为了便于理解， 以下将通过具体的附图和实施例对本实用新型的进行详细地描 述。 需要特别指出的是， 具体实例和附图仅是为了说明， 显然本领域的普通技术人员可以根 据本文说明， 在本实用新型的范围内对本实用新型做出各种各样的修正和改变， 这些修正 和改变也纳入本实用新型的范围内。 附图说明 ： 0017 图 1 ： 本实用新型结构示意图 。
14、； 0018 图 2 ： 本实用新型结构仰视图 ； 0019 图 3 ： 本实用新型结构俯视图 ； 0020 图 4 ： 本实用新型微流路单元基片仰视图 ； 0021 图中标号 ： 1、 过孔 ； 2、 微流路结构 ； 3、 微流路单元 ； 4、 基片 ； 5、 加热带 ； 6、 隔热带 ； 7、 ITO 导电玻璃 ； 8、 引脚 ； 9、 微槽 ； 10、 传感器 ； 11、 毛细管。 具体实施方式 0022 实施例 1 0023 示例性的微流控芯片的结构如图 1 所示， 其从上至下主要包括与外部注射泵相连 的过孔 (1)、 微流控单元 (3) 和与外部温控仪相连 的 ITO 导电玻璃 (7。
15、) 组成。本实施例中 注射泵采用了常用的手动注射器， 结构结构采用全透明的 PDMS 材料制成， 其整体大小为长 35mm 宽 39.4mm 高 7.8mm， 其中 PDMS 基片 (4) 的厚度为 5.6mm， ITO 导电玻璃 (7) 的厚度为 说 明 书 CN 201770704 U CN 201770706 U3/3 页 5 2.2mm。 0024 使与对应外径为 500um 的毛细管 (11) 插入过孔 (1) 中， 使得该芯片与外部注射泵 相连。微流控单元 (3) 的基片 (2) 上有软光刻方法实现的进行 PCR 反应的微流路循环结构 (2)， PCR 扩增的次数由微流路单元 (3。
16、) 中单元结构的循环次数决定。图 4 为 24 循环结构。 0025 ITO 导电玻璃 (7) 透光率大于 90， 方阻为 14 欧。三个加热带 (5) 和两个隔热带 (6) 用稀释的盐酸图形刻蚀而成。两个隔热带 (6) 宽度均为 5mm。在基片 (2) 的 3 个微槽 (9) 内嵌有温度传感器 (10)， 通过温控仪连接得到基片 (2) 内微流控单元 (3) 内的三个温 区的温度。 0026 工作时首先需要 5 分钟的预热时间， 通过 ITO 导电玻璃 (7) 上加热带 (5) 和温度 传感器(10)使得微流控单元(3)内的三个温区分别达到通过温控仪设定的温度值， 预热后 PCR反应物在注射泵的驱动下通过毛细管(11)流入微流控单元(3)， 并沿着微流路结构(2) 流动， 随着微流路单元 (3) 上不同部分所处的温区不同， PCR 反应物也相应经过了三个不同 温区， 并反复循环， 实现 PCR 扩增反应。 说 明 书 CN 201770704 U CN 201770706 U1/1 页 6 图 1 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 201770704 U 。